TWI784361B - Led發光裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種LED發光裝置及其製造方法，涉及LED技術領域，用於解決LED發光裝置成本高、結構穩定性較差等問題的技術問題。該LED發光裝置包括載體，載體包括一導電層；LED晶片，LED晶片設置於載體上，LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於導電層上；其中，導電層包括銅層與設置在銅層上的焊接區，焊接區與電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。本發明提供的LED發光裝置及其製造方法用於降低LED發光裝置的成本、提高LED發光裝置的結構穩定性。

Description

LED發光裝置及其製造方法
本發明涉及LED技術領域，尤其涉及一種LED發光裝置及其製造方法。
LED發光裝置具有工作壽命長、耗電量低、體積小、重量輕等優點，在照明、顯示等領域得到了廣泛應用。
通常的LED發光裝置包括載體與LED晶片，載體包括導電層，導電層包括銅層，銅層上設置有焊接區，焊接區由鎳層與金層組成。LED晶片的電極係藉由錫膏而固定在金層上，並與焊接區電連接，從而使得LED發光裝置能夠正常發光。
然而，上述LED發光裝置存在成本高、結構穩定性較差的問題。
鑒於上述問題，本發明實施態樣提供一種LED發光裝置及其製造方法，用於降低LED發光裝置的成本、提高LED發光裝置的結構穩定性。
為了實現上述目的，本發明實施態樣提供如下技術方案：
本發明實施態樣提供一種LED發光裝置，其中，所述LED發光裝置包括：載體，所述載體包括一導電層； LED晶片，所述LED晶片設置於所述載體上，所述LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於所述導電層上； 其中，所述導電層包括銅層與設置在所述銅層上的焊接區，所述焊接區與所述電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。
本發明實施態樣提供的LED發光裝置具有如下優點：
本發明實施態樣提供的LED發光裝置包括載體及LED晶片，載體包括導電層，LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於導電層上，導電層的焊接區與LED晶片的電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。這樣設置，藉由錫層可替代相關方案中的鎳層與金層，從而節約了成本。且將LED晶片的至少一個電極焊接於焊接區時，只需使用助焊劑（Flux）作為固晶膠來幫助及促進焊接過程，並由錫層自身提供將LED晶片的電極與焊接區焊接在一起的錫，無需使用錫膏來提供錫，由於不使用錫膏，可避免錫膏中錫以外的雜質在焊接後殘留於LED晶片的電極與焊接區的接合處、且上述雜質不易清洗的問題，並且錫層較錫膏可向焊接區提供更高比例的錫，提高了LED晶片的電極與焊接區之間的黏結力；且錫層中錫的熔點比錫膏的熔點高，進行焊接時，不會出現二次熔融狀況，從而提高了LED發光裝置的結構穩定性。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述焊接區包括錫層。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述焊接區包括錫層，且不包括金及鎳；所述電極包括金及鎳。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述電極包括錫層，且不包括金及鎳；所述焊接區包括金及鎳。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述焊接區包括錫層，且不包括金及鎳；所述電極包括錫層，且不包括金及鎳。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述LED發光裝置還包括設置在所述載體上的高反射支架， 所述高反射支架為凹槽狀結構，包括一體成型的圍牆部與基底部；所述焊接區中與所述LED晶片的電極接觸的區域為晶片接觸區，所述基底部覆蓋所述焊接區中除所述晶片接觸區以外的區域； 所述LED晶片位於所述高反射支架內。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述高反射支架的材料包括樹脂與填充劑，所述樹脂為聚酯、不飽和聚酯、環氧樹脂中的任一者； 當所述樹脂為聚酯時，所述填充劑包括二氧化鈦或玻璃纖維中的至少一者； 當所述樹脂為不飽和聚酯時，所述填充劑包括二氧化鈦、二氧化矽、玻璃纖維中的至少一者； 當所述樹脂為環氧樹脂時，所述填充劑包括二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁中的至少一者。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述晶片接觸區對應的導電層的區域為導電層接觸區，所述導電層接觸區的頂面與所述基底部的頂面係位於同一平面。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述LED晶片包括二個電極，所述導電層上包括有與二個所述電極分別對應的二個所述焊接區； 所述基底部具有位於二個所述焊接區之間的隔離部。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述隔離部的頂面係高於所述導電層接觸區的頂面。
如上所述的LED發光裝置，其中，二個所述焊接區包括二個所述晶片接觸區，二個所述晶片接觸區對應二個所述導電層接觸區，二個所述導電層接觸區均有嵌入到所述隔離部中的延伸部。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述基底部設置有限位凸起，所述限位凸起位於所述LED晶片的週邊。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述LED晶片的形狀為方形；所述限位凸起包括至少一個L型凸起，所述L型凸起分佈在所述LED晶片的至少一個角旁。
如上所述的LED發光裝置，其中，所述LED晶片的形狀為方形；所述限位凸起為方形環狀凸起，所述方形環狀凸起包圍所述LED晶片的四個側面。
本發明實施態樣還提供了一種LED發光裝置的製造方法，其中，所述LED發光裝置的製造方法包括： 提供載體，所述載體包括導電層；以及 提供LED晶片，將所述LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於所述導電層上； 其中，所述導電層包括銅層與設置在所述銅層上的焊接區，所述焊接區與所述電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。
本發明實施態樣提供的LED發光裝置的製造方法具有如下優點：
本發明實施態樣提供的LED發光裝置的製造方法包括提供包含導電層的載體以及LED晶片，將LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於導電層上；其中，導電層包括銅層與設置在銅層上的焊接區，焊接區與電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。經過上述步驟，可使錫層替代金層與鎳層，無需再在焊接區設置金層與鎳層，從而節約了成本。並且將LED晶片的至少一個電極固定連接於焊接區時，只需使用助焊劑作為固晶膠來幫助及促進焊接過程，錫層自身提供將LED晶片的電極與焊接區焊接在一起的錫，無需使用錫膏來提供錫。由於不使用錫膏，可避免錫膏中錫以外的雜質在焊接後殘留於LED晶片的電極與焊接區的接合處、且上述雜質不易清洗的問題，並且錫層較錫膏可向焊接區提供更高比例的錫，提高了LED晶片的電極與焊接區之間的黏結力；且純錫熔點比錫膏高，進行回流焊時，不會出現二次熔融狀況，從而提高了LED發光裝置的結構穩定性。
如上所述的LED發光裝置的製造方法，其中，所述焊接區包括錫層。
如上所述的LED發光裝置的製造方法，其中，所述焊接區包括錫層且不包括金及鎳；所述電極包括金及鎳。
如上所述的LED發光裝置的製造方法，其中，所述電極包括錫層，且不包括金及鎳；所述焊接區包括金及鎳。
如上所述的LED發光裝置的製造方法，其中，所述焊接區包括錫層，且不包括金及鎳；所述電極包括錫層，且不包括金及鎳。
如上所述的LED發光裝置的製造方法，其中，所述製造方法還包括： 在所述焊接區上以點膠的方式添加助焊劑； 將所述LED晶片的至少一個電極貼在所述助焊劑上；以及 對所述電極與所述焊接區進行回流焊，使所述LED晶片的至少一個電極焊接固定在所述焊接區； 其中，所述助焊劑不具有錫。
如上所述的LED發光裝置的製造方法，其中，所述製造方法還包括： 提供高反射支架，所述高反射支架設置在所述載體上；以及 將所述LED晶片設置在所述高反射支架內； 其中，所述高反射支架為凹槽狀結構，包括一體成型的圍牆部及基底部；所述焊接區中與所述LED晶片的電極接觸的區域為晶片接觸區，所述基底部覆蓋所述焊接區中除所述晶片接觸區以外的區域。
在相關技術中，LED發光裝置包括載體1與LED晶片，如圖1所示，載體1包括導電層，導電層包括銅層5及焊接區，即圖1中的第二焊接區4，第二焊接區4覆蓋在銅層5上，防止銅層5被空氣氧化，第二焊接區4包括鎳層41與金層42。LED晶片的電極係藉由錫膏而固定在第二焊接區4，從而與導電層導電性連接，使得LED發光裝置能夠正常發光。然而，金與鎳的價格較為昂貴，設置鎳層41與金層42提高了LED發光裝置的成本。
此外，由於金層42與LED晶片共晶時需要的溫度過高，難以實現，一般使用錫膏作為固晶膠並藉由錫膏中溶解的錫粉將LED晶片的電極焊接固定在第二焊接區4上。然而，錫膏中存在有助焊劑，且在將LED晶片固定在第二焊接區4上的過程中不能將錫膏中的助焊劑清除，否則會導致錫粉無法溶解在錫膏中，破壞錫膏的性能穩定性。藉由錫膏將LED晶片的電極焊接固定在第二焊接區4後，由於助焊劑無法去除，使得LED晶片的電極與第二焊接區4的接合處存在助焊劑等雜質，降低了LED晶片的電極與第二焊接區4之間的黏結力；且錫膏熔點較低，進行回流焊時，容易出現二次熔融狀況，使得LED晶片的電極容易脫離第二焊接區4，降低了LED發光裝置的結構穩定性。
針對上述問題，本發明實施態樣提供的LED發光裝置的焊接區與LED晶片的電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。這樣設置，藉由錫層替代了鎳層與金層，節約了成本。將LED晶片的至少一個電極焊接於焊接區時，只需使用助焊劑（Flux）作為固晶膠來幫助及促進焊接過程，並由焊接區的錫層自身提供將LED晶片的電極與焊接區焊接在一起的錫，無需使用錫膏來提供錫。由於不使用錫膏，可避免錫膏中錫以外的雜質在焊接後殘留於LED晶片的電極與焊接區的接合處、且上述雜質不易清洗的問題，並且錫層較錫膏可向焊接區提供更高比例的錫，提高了LED晶片的電極與焊接區之間的黏結力；且錫層中純錫的熔點比錫膏的熔點高，進行回流焊時，不會出現二次熔融狀況，提高了LED發光裝置的結構穩定性。
為了使本發明實施態樣的上述目的、特徵及優點能夠更加明顯易懂，下面將結合本發明實施態樣中的附圖，對本發明實施態樣中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施態樣僅僅是本發明的一部分實施態樣，而不是全部的實施態樣。基於本發明中的實施態樣，本領域普通技術人員在沒有作出進步性之勞動性的前提下所獲得的所有其它實施態樣，均屬於本發明保護的範圍。
如圖2至圖3所示，本發明實施態樣提供的LED發光裝置包括載體1及設置在載體上的LED晶片，載體1包括一導電層；LED晶片設置於載體上，LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於導電層上；其中，導電層包括銅層5與設置在銅層5上的第一焊接區3，第一焊接區3與電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。此處的第一焊接區3即為本發明實施態樣中的焊接區。
載體1可為具有導電層的電路板，其中，導電層可為鍍銅層，導電層包括用於與LED晶片導電性連接的第一焊接區3。LED晶片是一種半導體零件，是LED發光裝置的發光部件，LED晶片一般包括二個電極61，LED晶片的一或二個電極可與導電層上的第一焊接區3連接。在一些實施態樣中， LED晶片為藍光或紫外光（UV）晶片，即LED晶片6所發出的光為藍光或紫外光。在一種具體的實施態樣中，LED晶片6可為倒裝LED晶片，如圖31所示，LED晶片6包括透光元件基板610、N型半導體層620、發光層630、P型半導體層640、第一N電極650、第一P電極660、第一絕緣層670、第二N電極680以及第二P電極690。與導電層的第一焊接區3導電性連接的二個電極61為圖31所示的第二N電極680以及第二P電極690。
透光元件基板610可為藍寶石、陶瓷、樹脂、熱固性環氧樹酯（EMC）。透光元件基板610包括第一表面611。N型半導體層620設置在表面611上並連接透光元件基板610。發光層630設置在N型半導體層620上且發光層630與N型半導體層620接觸形成第三區域631。P型半導體層640設置在發光層630上，發光層630與P型半導體640暴露N型半導體層620的一第四區域612，第四區域612是未被發光層630及P型半導體層640遮蓋的區域，P型半導體層640接觸N型半導體層形成發光層630。第一N電極650設置在N型半導體層620的第四區域612上，且第一N電極650不連接P型半導體層640，且第一N電極650與N型半導體層620接觸形成第一接合面651。第一P電極660設置在P型半導體層640上。第一N電極650及第一P電極660可分別為氧化銦錫（ITO）及氧化銦鋅（IZO）。
第一絕緣層670設置在N型半導體620上、第一N電極650與第一P電極660之間，以使該二個電極彼此絕緣。第一絕緣層670完全包覆第一N電極650的左側面及右側面，亦完全包覆第一P電極660的左側面及右側面，使第一N電極650與第一P電極660之間彼此不電性連接。第一絕緣層670包覆第一N電極650的下側並形成至少一個第一開口671，且第一絕緣層670包覆第一P電極660的下側並形成至少一個第二開口672。至少一個第一開口671及至少一個第二開口672可為朝垂直方向延伸的一圓柱型，此處垂直方向為圖31中的豎向。第二N電極680設置在第一N電極650及第一絕緣層670上，第二N電極680的一部分穿過第一開口671與第一N電極650電性連接，第二N電極680包括一個第一區域681，第一區域681的表面積大於第一接合面651的表面積。第二P電極690設置在第一P電極660及第一絕緣層670上，第二P電極690的一部分穿過第二開口672與第一P電極660電性連接，第二P電極690的包括一個第二區域691，且第二區域691小於發光層630上的一個第三區域631，也就是，第二區域691的表面積小於第三區域631的表面積。第二N電極680與第二P電極690從一仰視面觀之具有幾乎相同的尺寸（表面積相同），且第二N電極680與第二P電極690均電性連接並固定至導電層上的第一焊接區3，即便欲使發光層630的尺寸變大，因而減小第一接合面651的尺寸，仍可避免將N型及P型電極與導電層上的第一焊接區3之間電性連接時，因尺寸改變進而對焊接精度有較高的要求而導致生產效率降低，且更易維持發光的均勻性，此處不作限制。第二N電極680亦可具有小於第二P電極690的尺寸或大於第二P電極690的尺寸。有關晶片的相關背景資訊，尚可參見專利文獻CN100487931C之記載。
在一種具體的實施態樣中，LED晶片材料上可以是氮化物半導體，乃一般式為Inx Aly Ga1-x-y N（0≦x、0≦y、x＋y≦1），亦可將B或P、As作為混晶。另外，N型半導體層、P型半導體層是未特別限定單層、多層。對於氮化物半導體層是具有活性層的發光層，其活性層是作為單一（SQW）或多重量子井構造（MQW）。以下，顯示氮化物半導體層的示例。使用於成長基板上，借由緩衝層等的氮化物半導體的基底層，例如低溫成長薄膜GaN與GaN層，作為N型氮化物半導體層，例如層積Si摻雜GaN的N型接觸層與GaN/InGaN的N型多層膜層，接著，層積InGaN/GaN的MQW的活性層，更且作為P型氮化物半導體層，例如層積Mg摻雜InGaN/AlGaN的P型多層膜層與Mg摻雜GaN的P型接觸層的構造。另外，氮化物半導體的發光層（活性層）是例如具有含有井層，含有障壁層與井層的量子井構造。使用於活性層的氮化物半導體是亦可為P型不純物摻雜，但經由未摻雜，或N型不純物摻雜，可將發光元件作為高輸出化者。由使Al含於井層者，可得到較GaN的帶隙能量的波長365奈米為短的波長者。從活性層放出的光的波長是對應於發光元件的目的、用途等，作為360奈米至650奈米附近，而理想為作為380奈米至560奈米的波長。井層的組成是InGaN乃最佳使用於可視光、近紫外線域，此時的障壁層的組成乃GaN、InGaN為佳。作為障壁層與井層的膜厚具體例各為1奈米以上30奈米以下及1奈米以上20奈米以下，可作為借由一個的井層的單一量子井，障壁層等的複數的井層的多重量子井構造。
在一些實施態樣中，LED發光裝置發出白光，可採用藍光或紫外光LED晶片配合混有黃色螢光粉的封裝膠體，使藍光與黃光混合成白光。
在一些實施態樣中，LED晶片配合的封裝膠體所使用的螢光粉不限於特定顏色的螢光粉，可為紅色螢光粉、綠色螢光粉或黃色螢光粉，亦可為二種以上不同顏色的螢光粉組成，即便同為紅色或綠色或黃色螢光粉，亦可由一或多種不同的材料組成；具體而言，以紅色螢光粉為例，可包括CASN或SCASN系列，例如CaAlSiN3 :Eu2+ 、(Sr,Ca)AlSiN3 :Eu2+ 、(SrCa)S:Eu2+ 、CaS:Eu2+ 、Sr3 Si(ON)5 :Eu2+ ；KSF系列，例如K2 SiF6 :Mn4+ ；尚包括以AE1-z S1-y Sey ：zA為通式的紅色螢光粉，其中AE是選自Mg、Ca、Sr及Ba中的至少一種鹼土金屬， 0≤y ＜1及0.0005≤z≤0.2，A是選自Eu(II)、Ce(III)、Mn(II)及Pr(III)中的至少一種活化劑；另綠色螢光粉可包括：L2 SiO4 :Eu2+ （L為鹼土金屬），特別是 (SrBa)2 SiO4 :Eu2+ 或(SrCa)2 SiO4 :Eu2+ ，亦可為CaSc2 O4 :Ce2+ 、 SrGa2 S:Eu2+ 、β-SiAlON（Si6-zAlzOzN8-z:Eu2+ ）或LuAG（Lu3 Al5 O12 :Ce2+ ）等；以黃色螢光粉為例，可包括TAG（Tb3 Al5 O12 :Ce3+ ）、YAG（Y3 Al5 O12 :Ce3+ ）、Sr2 SiO4 :Eu2+ 、(SrBaCa)Si2 (OCl)2 N2 :Eu2+ ；其外尚可包括量子點螢光粉及/或非量子點螢光粉，或BAM（BaMgAl10 O17 ）、BAM:Mn、(Zn、Cd)Zn:Cu、Sr5 (PO4 )3 Cl:Eu2+ 、CCA、SCESN、SESN、CESN、CASBN，或由通式LSi2O2N2:Eu2+ 、Lx Siy N(2/3x+4/3y) :Eu2+ 、Lx Siy Oz N(2/3x+4/3y-2/3z) :Eu2+ （L為Sr、Ca、Sr及Ca中的任一者）表示的螢光粉，可轉換來自發光元件至少一部分的光波長。
LED晶片的電極係覆晶接合且導電性連接於導電層上，從而使得LED發光裝置正常工作。此外，導電層的第一焊接區3與電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳，即此時的第一焊接區3採用錫層替代了相關方案中的金層42與鎳層41的作用，且相比於金及鎳，錫更為便宜，因此本方案可以節約成本。
將LED晶片的電極覆晶接合的方式可以為回流焊。進行回流焊時，只需使用助焊劑來幫助及促進焊接過程，且第一焊接區3的錫層自身提供將LED晶片的電極與第一焊接區3焊接在一起的錫，無需使用錫膏來提供錫。由於不使用錫膏，無需使用錫膏來提供錫，由於不使用錫膏，可避免錫膏中錫以外的雜質在焊接後殘留於LED晶片的電極61與第一焊接區3的接合處、且上述雜質不易清洗的問題，並且第一焊接區3的錫層較錫膏可向第一焊接區3提供更高比例的錫，提高了LED晶片的電極與第一焊接區3之間的黏結力；且純錫熔點比錫膏高，進行回流焊時，不會出現二次熔融狀況，提高了LED發光裝置的結構穩定性。
需要說明的時，第一焊接區3與電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。即第一焊接區3包括錫層，且不包括金及鎳；及／或，電極包括錫層，且不包括金及鎳。這樣設置，可提高LED發光裝置的結構多樣性。在本實施態樣中，錫層為第一焊接區3的一部分。這樣設置，可防止被第一焊接區3覆蓋的銅層在與LED晶片電極61焊接前被空氣氧化。基於錫層可提供錫作為導電成分，助焊劑可採用不含錫等導電成分的助焊劑。
在實際生產過程中，可採用在第一焊接區3的銅層5上化錫的鍍錫方式將錫層設置在第一焊接區3的銅層5上，即在焊接區的銅層5經由化學反應覆上一層純錫。採用化錫的鍍錫方式，製程簡單、不易產生爆板現象且錫層厚度均勻。
圖3為本發明實施態樣中的載體1與電極61的接觸區的掃描電子顯微圖像（SEM），圖5為相關方案中的載體1與電極61的接觸區的掃描電子顯微圖像（SEM）。在一種可實現的實施方式中，上述載體1為PCB載體，如圖3所示，本發明實施態樣提供的載體1與電極61的接觸區的掃描電子顯微圖像中，LED晶片電極61與銅層5之間為本方案的焊接區，即第一焊接區3，如圖5所示，相關方案的載體1與電極61的接觸區的掃描電子顯微圖像中，晶片電極61與銅層5之間為相關方案的焊接區，即第二焊接區4。
對第一焊接區3的第一分析點31進行光譜分析可得到如圖4所示的能量色散X射線光譜圖，對圖4所示的能量色散X射線光譜圖進行分析可得到如表1所示的本發明實施態樣提供的載體1與電極61的第一焊接區3的第一分析點31處的元素種類以及各元素所佔的比重，由表1可知，第一焊接區3的第一分析點31處的元素包括C、Cu、Sn，其中C主要來自於助焊劑，Cu主要來自於第一焊接區3，Sn主要來自於錫層。
表1：第一分析點處的元素種類以及各元素所佔的比重
Figure 02_image001
對第二焊接區4的第二分析點43進行光譜分析可得到如圖6所示的能量色散X射線光譜圖，對圖6所示的能量色散X射線光譜圖進行分析可得到如表2所示的相關方案提供的載體1與電極61的第二焊接區4的第二分析點43處的元素種類以及各元素所佔的比重，由表2可知，第二焊接區4的第二分析點43處的元素包括C、P、Ni、Cu、Sn，其中C主要來自於助焊劑，Ni主要來自於鎳層41，Cu主要來自於第二焊接區4與錫膏，Sn主要來自於錫膏。
表2：第二分析點處的元素種類以及各元素所佔的比重
Figure 02_image002
對比表1與表2可知，本發明實施態樣中的載體1與電極61的接觸區的元素不包含鎳與磷，即本發明實施態樣沒有設置鎳層41，且本發明實施態樣沒有使用錫膏，從而可降低成本，且減小回流焊時出現二次熔融的風險。
如圖7至圖8所示，本發明實施態樣提供的LED發光裝置還包括設置在載體1上的高反射支架7， LED晶片6位於該高反射支架7內。具體地，LED晶片6藉由錫層而焊接固定在位於高反射支架7內的第一焊接區3上。這樣設置，可藉由高反射支架7反射LED晶片6發出的光，從而實現提高LED晶片6發出的光強度的效果。
高反射支架7的材料如表3所示，包括樹脂與填充劑，其中，樹脂可為聚酯（Polyester）、不飽和聚酯（Unsaturated polyester）、環氧樹脂（Epoxy）中的任一者。當樹脂為聚酯時，填充劑包括二氧化鈦（TiO2 ）或玻璃纖維（Glass fiber）中的至少一者；當樹脂為不飽和聚酯時，填充劑包括二氧化鈦（TiO2 ）、二氧化矽（SiO2 ）、玻璃纖維（Glass fiber）中的至少一者；當樹脂為環氧樹脂時，填充劑包括二氧化鈦（TiO2 ）、二氧化矽（SiO2 ）、氧化鋁（Al2 O3 ）中的至少一者。
表3：高反射支架的材料
Figure 02_image003
需要說明的是，在一種具體的實施態樣中，當LED晶片6發出的光為波長範圍處於100至700奈米的可見光時，銀對該可見光的反射率為94%至98%，錫對該可見光的反射率為77%至81%，高反射支架7對該可見光的反射率為95%至97%。
如圖9至圖11所示，一般LED發光裝置中反射LED晶片6發出的光的方式為在圖9所示的導電層2的焊接區包括銀層，將LED晶片6焊接固定在導電層2上，並藉由銀層來反射LED晶片6發出的光，但由於銀的熔點高達961℃，銀層與LED晶片6的電極61共晶時需要的溫度過高，難以實現，需要使用錫膏8作為固晶膠，即在圖9所示的焊接區刷上錫膏或者點膠錫膏，藉由錫膏8中溶解的錫粉將LED晶片6的電極61焊接固定在焊接區。而在焊接的過程中，由於使用錫膏8，容易出現二次融錫的狀況，LED晶片6的電極61容易脫離焊接區，導致LED發光裝置失效。
如圖12至圖15所示，相比在設置銀層的LED發光裝置，本實施態樣提供的LED發光裝置的導電層2的第一焊接區3包括錫層，將LED晶片6的電極61焊接於導電層時，只需使用助焊劑9作為固晶膠，即在圖9所示的導電層2點膠助焊劑9，無需使用錫膏8來提供錫，錫層自身可以提供錫。且純錫熔點比錫膏8高，進行回流焊時，不會出現二次熔融狀況，提高了LED發光裝置的結構可靠性。
LED晶片6可採用倒裝晶片或正裝晶片，具體情況可根據實際需要選定。LED晶片6可以是超小間距發光二極體（mini LED）、小間距發光二極體等不同種類的LED晶片。本實施態樣中，LED晶片6採用倒裝晶片。倒裝晶片相比正裝晶片，可進一步提高LED發光裝置的出光率，提高LED發光裝置的光強。在一種具體的實施態樣中，LED晶片6可採用如表4所示的晶片。
需要說明的是，當LED晶片為超小間距發光二極體（mini LED）時，即LED發光裝置為mini LED發光裝置時，由於超小間距發光二極體的尺寸極小，對應的點膠機的尺寸也極小，而錫膏內的錫顆粒尺寸，無法從點膠機的出口點出，導致採用錫膏作為固晶膠時，無法使用點膠機點膠的方式添加錫膏，只能使用刷錫機刷膠方式添加錫膏。而本實施態樣使用的助焊劑可使用點膠機點膠，從而提高了LED晶片固晶時的精度。
表4：一種LED晶片的參數
Figure 02_image005
如圖14至圖15所示，在一些實施態樣中，LED晶片6包括二個電極61，載體1的導電層2上包括與上述二個電極61分別對應的二個第一焊接區3，每個第一焊接區3包括一個晶片接觸區，晶片接觸區為第一焊接區3與LED晶片6的電極61接觸的區域，每個晶片接觸區對應的導電層2的區域為導電層接觸區21，即跟LED晶片6的電極61接觸的導電層2的部分為導電層接觸區21。如圖14中，在一些實施態樣中，導電層接觸區21的上端為晶片接觸區。導電層接觸區21的尺寸可參照LED晶片6的尺寸進行設計。
當LED晶片6的型號不同時，LED晶片6的尺寸也不一樣，表5列出了三種不同型號的LED晶片的尺寸；如表5所示，三種不同型號的LED晶片6的尺寸依次為580微米*1170微米、660微米*760微米、510微米*1020微米。其中，580微米、660微米、510微米依次為三種不同型號的LED晶片6的縱向尺寸，該縱向尺寸可藉由圖8中的a來表徵；1170微米、760微米、1020微米依次為三種不同型號的LED晶片的橫向尺寸，該橫向尺寸可藉由圖8中的b來表徵。
表5：方案一、方案二以及方案三中的LED發光裝置發出光的亮度
Figure 02_image006
當LED晶片6的尺寸為580微米*1170微米時，LED晶片6的每個電極61的尺寸為530微米*450微米；當LED晶片6的尺寸為660微米*760微米時，LED晶片6的每個電極61的尺寸為460微米*205微米或500微米*225微米，當LED晶片6的尺寸為510微米*1020微米時，LED晶片6的每個電極61的尺寸為435微米*365微米。
導電層接觸區21的尺寸可以略小於LED晶片6的電極61的尺寸，這樣設置，可使LED晶片6的電極61完全覆蓋導電層接觸區21上的晶片接觸區上，即LED晶片6的電極61完全覆蓋導電層接觸區21上的錫層上，從而提高LED晶片6的電極61與導電層接觸區21之間的黏結力（推力）。如圖15所示，在一種具體的實施態樣中，每個導電層接觸區21的尺寸為205微米*435微米，二個導電層接觸區21之間的間隔為150微米。其中， 205微米為導電層接觸區21的橫向尺寸，可藉由圖15中的c來表徵，435微米為導電層接觸區21的縱向尺寸，可藉由圖15中的d來表徵；二個導電層接觸區21之間的間隔可藉由圖15中的e來表徵。
進一步地，如圖16及圖17所示，高反射支架7為凹槽狀結構，包括一體成型的圍牆部71及基底部72。LED晶片6係藉由第一焊接區3的錫層焊接固定在位於高反射支架7內的導電層2上，基底部72覆蓋第一焊接區3中除晶片接觸區以外的區域。
如此設置，可經由基底部72來反射LED晶片6發出的光，相比經由第一焊接區3中除晶片接觸區以外的區域的錫層來反射LED晶片6發出的光，由於高反射支架7對可見光的反射率高於錫層對可見光的反射率，使得本實施態樣提供的高反射支架7的結構可提高從高反射支架7的出光口射出的光的強度，從而提高了LED發光裝置發出的光的強度。
當LED晶片6的尺寸為22密耳（mil）*40密耳時。對方案一、方案二以及方案三中的LED發光裝置發出光的亮度進行模擬得到的結果如表5所示。其中22密耳指的是LED晶片6的縱向尺寸。方案一、方案二以及方案三的具體結構如下：
方案一中的LED發光裝置的焊接區為銀層，且基底部72不覆蓋除晶片接觸區以外的區域；方案二中的LED發光裝置的焊接區為錫層，且基底部72不覆蓋除晶片接觸區以外的區域；方案三中的LED發光裝置的焊接區為錫層，且基底部72覆蓋除晶片接觸區以外的區域。
由表5可知，方案一、方案二以及方案三中的LED發光裝置發出的光的平均亮度依次為21.59、14.66以及21.37，方案二、方案三中的LED發光裝置發出的光的平均亮度與方案一中的LED發光裝置發出的光的平均亮度的比值依次為67.91%、99.00%。
由上述分析可知，方案三中的LED發光裝置發出的光的亮度遠大於方案二中的LED發光裝置發出的光的亮度，表明當基底部72覆蓋焊接區除晶片接觸區以外的區域時，可以極大的提高LED發光裝置發出的光的亮度。同時，由於方案三中的LED發光裝置與方案一中的LED發光裝置發出的光的亮度較為接近，表明當基底部72覆蓋除晶片接觸區以外的區域時，將由銀層形成的焊接區替換為由錫層形成的焊接區對LED發光裝置發出的光的亮度影響不大。因此，可用錫層替換銀層，從而減小LED發光裝置的成本，且避免在焊接時出現二次熔融的狀況，提高LED發光裝置的結構可靠性。
由上述內容可知，一個LED晶片6對應二個第一焊接區3，為了將二個第一焊接區3分隔開，基底部72包括位於二個第一焊接區3之間的隔離部721。如圖18所示，在一種具體的實施態樣中，藉由隔離部721，基底部72可將二個第一焊接區3分隔為正極焊接區與負極焊接區，正極焊接區與LED晶片6的正極導電性連接，負極焊接區與LED晶片6的負極導電性連接。
如圖14、16及17所示，在一種可實現的實施方式中，導電層接觸區21的頂面與基底部72的頂面處於同一平面內。這樣設置，當LED晶片6固定在導電層接觸區21後， LED晶片6不易晃動，從而提高了LED發光裝置的結構穩定性。
如圖18至圖19所示，在另一種可實現的實施方式中，基底部72的隔離部721的頂面高於導電層接觸區21的頂面。這樣設置，可以防止在焊接過程中，固晶膠與錫層等的混合物發生溢流。
如圖20至圖21所示，當隔離部721的頂面不高於導電層接觸區21的頂面時，位於左右兩邊的二個導電層接觸區21上固晶膠與錫層的混合物流向隔離部721，使得左右兩邊的二個導電層接觸區21導電性連接，導致LED發光裝置短路。藉由設置隔離部721的頂面高於導電層接觸區21的頂面，可阻擋左右兩邊的二個導電層接觸區21上的固晶膠與錫層的混合物流向隔離部721，避免左右兩邊的二個導電層接觸區21導電性連接，從而避免出現短路故障。
參照圖22至圖23所示，基於LED發光裝置受到彎折、撞擊等外力作用時會發生形變，尤其是LED發光裝置作為側入式背光源時，此時LED發光裝置為狹長結構，受到彎折、撞擊等外力作用時容易崩裂。因此為了加強LED發光裝置抵抗彎折與撞擊變形的能力，本實施態樣在左右二個導電層接觸區21均設置有嵌入到隔離部721中的延伸部22。
作為一種可實現的實施方式，參照圖24至圖25，基底部72設置有位於LED晶片6週邊的限位凸起722。藉由設置限位凸起722，可防止回流焊等操作時，由於固晶膠與錫層等受熱融合後流動使得LED晶片6位置發生偏移（參照圖26至圖27），導致LED晶片6的電極61與晶片接觸區之間的黏結力（推力）不足，LED發光裝置發出的光出現光型扭曲以及LED發光裝置電性異常等故障。
需要說明的是，當LED晶片6的位置沒有發生偏移時，LED發光裝置在特定的出光角度會對應特定的光強。當LED晶片6位置發生偏移時，此時，LED晶片6相對高反射支架7、第一焊接區3等結構的位置發生了變化，LED晶片6發出的光經過高反射支架7、第一焊接區3等結構反射後出射的角度、強度等參數也會發生改變，導致LED發光裝置發出的光出現光型扭曲的故障。
進一步地，在一種可能的實施態樣中，如圖24至圖25所示，LED晶片6的形狀為方形，限位凸起722包括至少一個L型凸起，且L型凸起分佈在LED晶片的至少一個角旁。在本實施態樣中，限位凸起722包括四個L型凸起且分佈在LED晶片6的四角。這樣設置對LED晶片6發出的光的影響較小，且可防止LED晶片6朝圖14中的上下左右四個方向偏移。
在另一種可能的實施態樣中，如圖28至圖29所示，LED晶片6的形狀為方形；限位凸起722為方形環狀凸起，方形環狀凸起包圍LED晶片6的四個側面。
本發明實施態樣還提供了一種LED發光裝置的製造方法，本發明實施態樣提供的一種LED發光裝置的製造方法首先提供載體，載體包括導電層； 其次提供LED晶片，將LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於導電層上； 其中，導電層包括銅層與設置在銅層上的焊接區，焊接區與電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。
經過上述步驟，可使LED晶片與導電層導電性連接，從而使得LED發光裝置正常工作。並且載體的焊接區與電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳，即藉由錫層替代相關方案中的金層與鎳層，且相比金與鎳，錫更為便宜，可以節約成本。
並且將LED晶片的電極固定連接於焊接區時，只需使用助焊劑作為固晶膠來幫助及促進焊接過程，無需使用錫膏來提供錫，錫層自身可提供錫，且助焊劑比錫膏便宜，可以降低成本。由於不使用錫膏，可避免錫膏中錫以外的雜質在焊接後殘留於LED晶片的電極與焊接區的接合處、且上述雜質不易清洗的問題，並且錫層較錫膏可向焊接區提供更高比例的錫，提高了LED晶片的電極與焊接區之間的黏結力；且純錫熔點比錫膏高，進行回流焊時，不會出現二次熔融狀況，降低了LED晶片的電極脫離焊接區的風險，提高了LED發光裝置的結構穩定性。在一種具體的實施態樣中，LED晶片的電極與焊接區之間的黏結力為50G至60G，遠大於相關方案在載體上設置鎳層與金層且採用錫膏進行連接時LED晶片的電極與焊接區之間的黏結力（25G至35G）。
需要說明的是，載體的焊接區與電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳。即焊接區包括錫層，且不包括鎳與金；及／或，電極包括錫層，且不包括金與鎳。如此設計，可提高LED發光裝置的製造方法的靈活度。
進一步地，為了將LED晶片的至少一個電極固定在焊接區，在一種具體的實施態樣中，還包括以下步驟： 首先在焊接區上以點膠的方式添加助焊劑；助焊劑不具有錫。 其次將LED晶片的至少一個電極貼在助焊劑上； 最後對電極與焊接區進行回流焊，使LED晶片的至少一個電極焊接固定在焊接區。
採用點膠機點膠的方式，相比採用刷錫機刷膠的方式，具有高精度且不易刷偏的優點，從而使得對LED晶片進行固晶操作，即將LED晶片的至少一個電極貼在助焊劑上時，LED晶片不會發生偏移，從而使得LED發光裝置發出光的光型不會發生偏移。
且當LED晶片為超小間距發光二極體（mini LED）時，由於超小間距發光二極體的尺寸極小，對應的點膠機的尺寸也極小，而錫膏內的錫顆粒尺寸，無法從點膠機的出口點出，導致採用錫膏作為固晶膠時，無法使用點膠機點膠的方式添加錫膏，只能使用刷錫機刷膠方式添加錫膏。而本實施態樣使用的助焊劑可使用點膠機點膠，從而提高了LED晶片固晶時的精度。
如圖30所示，在一種具體的實施態樣中，對電極與焊接區進行回流焊，使LED晶片的至少一個電極焊接固定在焊接區的步驟包括： 以1至5℃/s的速度將電極與焊接區加熱至180℃至200℃。這樣設置，使電極與焊接區預熱，除去固晶膠中的水分。
使電極與焊接區保持在180℃至200℃，且持續時間小於或等於120s。這樣設置，可確保固晶膠完全乾燥，同時可清除電極與焊接區的金屬氧化物。
以1至5℃/s的速度將電極與焊接區區加熱至260℃，其中，電極與焊接區高於220℃的時間小於或等於60秒。這樣設置，可使錫層融合，並且使電極與焊接區連接。
逐漸降低電極與焊接區溫度，使LED晶片的至少一個電極固定在焊接區。
進一步地，在一種具體的實施態樣中，LED發光裝置的製造方法還包括：提供高反射支架，高反射支架設置在載體上；高反射支架為凹槽狀結構，包括一體成型的圍牆部及基底部；焊接區中與LED晶片的電極接觸的區域為晶片接觸區，基底部覆蓋焊接區中除晶片接觸區以外的區域。
將LED晶片設置在高反射支架內。
這樣設置，可藉由高反射支架將LED晶片發出的光反射，提高LED發光裝置出光方向的亮度。
本說明書中各實施態樣或實施方式採用遞進的方式描述，每個實施態樣重點說明的都是與其他實施態樣的不同之處，各個實施態樣之間相同相似部分相互參見即可。
本領域技術人員應理解的是，在本發明的揭露中，術語「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係是基於附圖所示的方位或位置關係，其僅是為了便於描述本發明及簡化描述，而不是指示或暗示所指的系統或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造及操作，因此上述術語不能理解為對本發明的限制。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施方式」、「一些實施方式」、「示意性實施方式」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合實施方式或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施方式或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施方式或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一或多個實施方式或示例中以合適的方式結合。
本發明要求於2019年12月2日提交美國專利及商標局、申請號為US62/942359、申請名稱為「LED」以及於2020年的7月6日提交美國專利及商標局、申請號為US63/048343、申請名稱為「Lead frame design for dispensing（用於分配的引線框架設計）」的美國專利申請的優先權，其全部內容經由引用結合在本發明中。
最後應說明的是：以上各實施態樣僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施態樣對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施態樣所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施態樣技術方案的範圍。
1:載體 2:導電層 21:導電層接觸區 22:延伸部 3:第一焊接區 31:第一分析點 4:第二焊接區 41:鎳層 42:金層 43:第二分析點 5:銅層 6:LED晶片 61:電極 610:透光元件基板 611:第一表面 612:第四區域 620:N型半導體層 630:發光層 631:第三區域 640:P型半導體層 650:第一N電極 651:第一接合面 660:第一P電極 670:第一絕緣層 671:第一開口 672:第二開口 680:第二N電極 681:第一區域 690:第二P電極 691:第二區域 7:高反射支架 71:圍牆部 72:基底部 721:隔離部 722:限位凸起 8:錫膏 9:助焊劑
為了更清楚地說明本發明實施態樣或先前技術中的技術方案，下面將對實施態樣或先前技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是發明的一些實施態樣，對於本領域普通技術人員來講，在不付出進步性之勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為相關技術中焊接區的結構示意圖； 圖2為本發明實施態樣中的焊接區的結構示意圖； 圖3為本發明實施態樣中載體的焊接區與電極的掃描電子顯微圖像（SEM）； 圖4為對圖3中的第一分析點進行光譜分析得到的能量色散X射線光譜圖（EDX）； 圖5為相關方案中載體的焊接區與電極的掃描電子顯微圖像（SEM）； 圖6為對圖5中第二分析點進行光譜分析得到的能量色散X射線光譜圖（EDX）； 圖7為本發明實施態樣中的第一種高反射支架的結構示意圖； 圖8為圖7的俯視圖； 圖9為本發明實施態樣中未設置LED晶片時高反射支架及導電層的結構示意圖； 圖10為圖9中的導電層設置有錫膏時的結構示意圖； 圖11為將LED晶片設置在圖9中時的結構示意圖； 圖12為本發明實施態樣中在導電層設置有助焊劑時的結構示意圖； 圖13為將LED晶片設置在圖12中時的結構示意圖； 圖14為本發明實施態樣中提供的第二種高反射支架的結構示意圖； 圖15為圖14的俯視圖； 圖16為圖14中的導電層設置助焊劑的結構示意圖； 圖17為將LED晶片設置在圖14中的第二種高反射支架內時的結構示意圖； 圖18為將LED晶片設置在第三種高反射支架內時的結構示意圖。 圖19為圖18的俯視圖； 圖20為本發明實施態樣中提供的固晶膠與錫層的混合物溢流時的結構示意圖； 圖21為圖20的俯視圖； 圖22為本發明實施態樣中提供的導電層的延伸部的結構示意圖； 圖23為圖22的俯視圖； 圖24為本發明實施態樣中提供的一種限位凸起的結構示意圖； 圖25為圖24的俯視圖； 圖26為本發明實施態樣中提供的LED晶片位置發生偏移時的結構示意圖； 圖27為圖26的俯視圖； 圖28為本發明實施態樣中提供的另一種限位凸起的結構示意圖； 圖29為圖28的俯視圖； 圖30為本發明實施態樣中回流焊的流程示意圖； 圖31為本發明實施態樣提供的一種LED晶片的結構示意圖。
1:載體
3:第一焊接區
5:銅層

Claims (18)

  1. 一種LED發光裝置，其包括：載體，該載體包括一導電層；高反射支架，該反射支架設置於該載體上，該高反射支架為凹槽狀結構，該高反射支架包括一體成型的圍牆部及基底部；以及LED晶片，該LED晶片設置於該載體上，該LED晶片位於該高反射支架內，該LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於該導電層上；其中，該導電層包括銅層與設置在該銅層上的焊接區，該焊接區與該電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳，其中，該焊接區中與該LED晶片的電極接觸的區域為晶片接觸區，該基底部覆蓋該焊接區中除該晶片接觸區以外的區域，其中，該晶片接觸區對應的導電層的區域為導電層接觸區，該導電層接觸區的頂面與該基底部的頂面係位於同一平面。
  2. 如請求項1所述的LED發光裝置，其中，該焊接區包括錫層。
  3. 如請求項1所述的LED發光裝置，其中，該焊接區包括錫層，且不包括金及鎳；該電極包括金及鎳。
  4. 如請求項1所述的LED發光裝置，其中，該電極包括錫層，且不包括金及鎳；所述焊接區包括金及鎳。
  5. 如請求項1所述的LED發光裝置，其中，該焊接區包括錫層，且不包括金及鎳；所述電極包括錫層，且不包括金及鎳。
  6. 如請求項1所述的LED發光裝置，其中，該高反射支架的材料包括樹脂與填充劑，該樹脂為聚酯、不飽和聚酯、環氧樹脂中的任一者；當該樹脂為聚酯時，該填充劑包括二氧化鈦或玻璃纖維中的至少一者；當該樹脂為不飽和聚酯時，該填充劑包括二氧化鈦、二氧化矽、玻璃纖維中的至少一者；當該樹脂為環氧樹脂時，該填充劑包括二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁中的至少一者。
  7. 如請求項1所述的LED發光裝置，其中，該LED晶片包括二個電極，該導電層上包括有與該二個電極分別對應的二個焊接區；該基底部具有位於該二個焊接區之間的隔離部。
  8. 如請求項7所述的LED發光裝置，其中，該隔離部的頂面係高於該導電層接觸區的頂面。
  9. 如請求項7所述的LED發光裝置，其中，該二個焊接區包括二個晶片接觸區，該二個晶片接觸區對應二個導電層接觸區，該二個導電層接觸區均有嵌入到該隔離部中的延伸部。
  10. 如請求項6至9中任一項所述的LED發光裝置，其中，該基底部設置有限位凸起，該限位凸起位於該LED晶片的週邊。
  11. 如請求項10所述的LED發光裝置，其中，該LED晶片的形狀為方形；該限位凸起包括至少一個L型凸起，該L型凸起分佈在該LED晶片的至少一個角旁。
  12. 如請求項10所述的LED發光裝置，其中，該LED晶片的形狀為方形；該限位凸起為方形環狀凸起，該方形環狀凸起包圍該LED晶片的四個側面。
  13. 一種LED發光裝置的製造方法，其包括：提供載體，該載體包括導電層；設置高反射支架在該載體上，該高反射支架為凹槽狀結構，該高反射支架包括一體成型的圍牆部及基底部；以及設置LED晶片在該高反射支架內，該LED晶片的電極覆晶接合且導電性連接於該導電層上；其中，該導電層包括銅層與設置在該銅層上的焊接區，該焊接區與該電極中的任一者包括錫層，且不包括金及鎳，其中，該焊接區中與該LED晶片的電極接觸的區域為晶片接觸區，該基底部覆蓋該焊接區中除該晶片接觸區以外的區域，其中，該晶片接觸區對應的導電層的區域為導電層接觸區，該導電層接觸區的頂面與該基底部的頂面係位於同一平面。
  14. 如請求項13所述的LED發光裝置的製造方法，其中，該焊接區包括錫層。
  15. 如請求項13所述的LED發光裝置的製造方法，其中，該焊接區包括錫層且不包括金及鎳；該電極包括金及鎳。
  16. 如請求項13所述的LED發光裝置的製造方法，其中，該電極包括錫層，且不包括金及鎳；該焊接區包括金及鎳。
  17. 如請求項13所述的LED發光裝置的製造方法，其中，該焊接區包括錫層，且不包括金及鎳；該電極包括錫層，且不包括金及鎳。
  18. 如請求項13所述的LED發光裝置的製造方法，其中，該製造方法還包括：在該焊接區上以點膠的方式添加助焊劑；將該LED晶片的至少一個電極貼在該助焊劑上；以及對該電極與該焊接區進行回流焊，使該LED晶片的至少一個電極焊接固定在該焊接區；其中，該助焊劑不具有錫。
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